Compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen. (BrainAct)

Compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen is een belangrijk onderzoeksgebied dat zich bezighoudt met cognitieve veroudering en de mogelijkheden van cognitieve verbetering in de late volwassenheid. Deze kwesties worden het meest omvattend aangepakt door het STAC-model – Scaffolding Theory of Aging and Cognition. De huidige studie zal zich bezighouden met empirisch onderzoek naar enkele van de theoretische aannames ervan. Het innovatieve karakter van de onderzoeksoplossingen in dit project is enerzijds gebaseerd op nieuwe benaderingen voor de verificatie van de STAC-aannames en anderzijds op de verificatie van de aannames die niet aan systematische controles zijn onderworpen. onderzoeken tot nu toe. Een dergelijke onderzoeksagenda is ingegeven door hiaten in de bestaande kennis over enkele van de verschijnselen die in het STAC-model worden beschreven. Het opvullen van deze lacunes zal de bijdrage van het project zijn aan de ontwikkeling van onderzoek naar cognitieve veroudering.

In deze context zijn de doelstellingen van het onderzoek de volgende:

1. De verificatie van de aannames van het STAC-model over de cognitieve processen die worden geactiveerd tijdens compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen op basis van EEG-tijdfrequentieanalyses.
2. De verificatie van de aanname van het STAC-model over de mogelijke invloed van cognitieve training op het ontstaan ​​en verdwijnen van compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen is tot nu toe niet onderzocht.

Onderzoeksproblemen die de doelstellingen rechtvaardigen:

Met betrekking tot. 1. De cognitieve interpretatie van compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen, zowel in het STAC-model als in het licht van de tot nu toe verzamelde onderzoeksresultaten, is gebaseerd op onvolledige premissen. Compenserende hersenbetrokkenheid is de overactivatie die wordt waargenomen in bepaalde hersengebieden bij oudere volwassenen en die verband houdt met betere prestaties bij cognitieve taken. Betere prestaties op cognitieve taken worden hier beschouwd als bewijs voor voortdurende compensatie. Compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen is bevestigd door talrijke onderzoeken waarbij gebruik werd gemaakt van fMRI- en PET-scans, de twee meest dominante neuroimaging-methoden op dit gebied. Modellen van compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen, zoals het STAC-model, zijn gebaseerd op deze neuroimaging-gegevens. Pas achteraf worden theoretische interpretaties in termen van cognitieve processen aan deze waarnemingen opgelegd. De verificatie van de in deze modellen beschreven compensatiemechanismen is dus beperkt, aangezien de ontwikkeling en de verificatie van het model op dezelfde methodologie zijn gebaseerd. Latere studies die een positieve relatie vonden tussen de overactivatie van specifieke hersengebieden en betere prestaties op cognitieve taken bevestigden de empirische relatie die leidde tot de ontwikkeling van het theoretische model. De bevestiging van de relatie alleen is echter niet voldoende om de theoretische interpretatie die in het model is ingekapseld te verifiëren. De noodzaak om het begrip van cognitieve processen die betrokken zijn bij compensatie te verdiepen, werd aangegeven door de auteurs van het STAC-model.

Het gebruik van de EEG-methoden in het project (event-related oscillations, ERO), in plaats van de fMRI- of PET-beeldvorming, zal tot dit doel bijdragen. De reden hiervoor is dat de op EEG gebaseerde benadering hypothesen vereist die niet alleen gebaseerd zijn op de lokalisatie van compenserende hersenactiviteit, maar ook op de cognitieve processen die theoretisch gekoppeld zijn aan de betreffende activiteit. Omdat fMRI- en PET-bevindingen niet rechtstreeks in EEG-termen kunnen worden uitgedrukt, is de volgende redenering gebruikt om de resultaten te voorspellen: compenserende overactivatie van de hersenen waargenomen in fMRI en PET → cognitieve interpretatie van de overactivatie → bepaling van de EEG-indicatoren (gebeurtenisgerelateerde synchronisatie, ERS en gebeurtenisgerelateerde desynchronisatie, ERD) van de cognitieve processen gespecificeerd op basis van de interpretatie → de verificatie van het bestaan ​​van de indicatoren in het EEG-signaal opgenomen bij oudere volwassenen wanneer hun cognitieve prestaties niet afwijken van de prestaties waargenomen bij jonge volwassenen (en hun ontbreken wanneer de oudere volwassenen slechter presteren dan jonge proefpersonen). Met andere woorden, het doel is om de neurale markers te identificeren van de processen die door het STAC-model zijn voorgesteld om compenserende hersenactiviteit te verklaren op basis van de activering van bepaalde hersenstructuren zoals geregistreerd met de fMRI en PET, maar met het gebruik van een andere hersenstructuur. techniek die afhankelijk is van alternatieve indicatoren van de betrokkenheid van cognitieve processen. Dankzij het gebruik van EEG-metingen in het onderzoek zal het dus mogelijk zijn om de compenserende rol van de cognitieve processen te verifiëren en niet alleen de lokalisatie van de overactivatie te bevestigen, wat een significante beperking is geweest van de tot nu toe uitgevoerde onderzoeken.

Met betrekking tot. 2. Het is onbekend of het mogelijk is om compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen te beïnvloeden door middel van cognitieve training, zoals wordt aangenomen in het STAC-model. Het STAC-model gaat ervan uit dat compenserende hersenactiviteit kan worden gestimuleerd door verschillende soorten interventies, waaronder cognitieve training. De auteurs van het model stelden voor dat een dergelijke training in het geval van een onderactivatie of een verslechtering van een neuraal netwerk dat betrokken is bij de cognitieve taak nieuwe steigers zou moeten creëren, terwijl wanneer de uitvoering van de taken al afhankelijk is van compenserende overactivatie van bepaalde hersengebieden zou de training de activering in deze secundaire ‘gesteunde’ regio’s moeten verminderen en de efficiëntie in de primaire netwerken moeten verbeteren – een soort herstel van de hersenactiviteit die kenmerkend is voor jongere individuen.

Aannames over de doelstellingen van de training, aangegeven door de auteurs van het STAC-model, zijn tot nu toe niet empirisch geverifieerd. Onderzoeksresultaten over de door training geïnduceerde veranderingen in neurale activiteit zijn alleen post facto geïnterpreteerd in de context van het STAC-model of smallere modellen van compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen: CRUNCH - Compensation-Related Utilization of Neural Circuits Hypothesis, PASA - Posterior- Anterieure verschuiving bij veroudering of HAROLD - Vermindering van hemisferische asymmetrie bij oudere volwassenen.

Voor zover wij weten, hebben tot nu toe slechts twee publicaties melding gemaakt van onderzoeken die rechtstreeks waren ontworpen om de aannames van een van de modellen van compenserende hersenactiviteit bij oudere volwassenen – CRUNCH – te verifiëren. Het onderzoek werd echter uitgevoerd met behulp van fMRI-beeldvorming, en niet met EEG, en zonder jonge volwassenen te betrekken, die een referentiegroep vormen die fundamenteel is voor de beoordeling van de specificiteit van hersenactiviteit die kenmerkend is voor ouderdom.

Hoewel sommige onderzoeken naar de efficiëntie van cognitieve training geïnteresseerd waren in de neurocorrelaties van training, bestond de steekproef in de meeste daarvan uitsluitend uit jonge individuen, en zelfs als oudere proefpersonen werden opgenomen, ging de onderzoeksagenda niet in op hypothesen met betrekking tot compenserende steigers bij ouderdom, of zij moesten in een dergelijke context slechts gedeeltelijk interpreteren.

In de huidige studie zullen de aannames van het STAC-model met betrekking tot de effecten van cognitieve training op compenserende steigers bij oudere volwassenen experimenteel worden geverifieerd met behulp van werkgeheugentraining (WM). De taak die in de training wordt gehanteerd, zal gebaseerd zijn op het n-back-paradigma, het meest voorkomende type training dat in hedendaags onderzoek wordt gebruikt. Hoewel het overdrachtseffect van n-back-training twijfelachtig is, is er overvloedig bewijs voor de effectiviteit ervan bij het verbeteren van de prestaties bij de getrainde taak.

Het project werd uitgevoerd in twee fasen: voorlopig en experimenteel. De voorbereidende fase heeft drie hoofddoelen: (1) Empirische bepaling van drie moeilijkheidsgraden van de n-back-taak voor het daaropvolgende gebruik tijdens EEG-opnames - de laagste moeilijkheidsgraad moet gemakkelijk zijn voor oude volwassenen (zonder verschil in nauwkeurigheid vergeleken met jongvolwassenen) en twee andere niveaus zouden steeds (aanzienlijk) moeilijker moeten zijn; (2) Selectie van de taak voor de actieve controlegroep. Deze taak zou geen betrekking moeten hebben op het werkgeheugen, maar zou hetzelfde aspect van cognitief functioneren moeten lijken te verbeteren als de n-back-taak, wat zal worden geverifieerd door zowel deskundigen als oude en jonge leken die niet tot de onderzoeksgroep behoren; (3) Rekrutering van vrijwilligers voor de onderzoeksgroep en de toewijzing van de geselecteerde deelnemers aan de experimentele en controlegroepen, waarbij de gelijkwaardigheid van deze groepen wordt gegarandeerd in termen van cognitieve prestaties (volgens de cognitieve beoordeling in de voorbereidende fase). Bovendien is de voorbereidende fase ook gewijd aan het programmeren van de geautomatiseerde taken die in het onderzoek zullen worden gebruikt. Geautomatiseerde taken voor cognitieve beoordeling en training zullen worden ontwikkeld in de PsychoPy-programmeeromgeving met behulp van de programmeertaal Python.

De steekproef bestond uit 3 groepen oudere volwassenen: experimenteel (n = 25), passieve controle (n = 22), actieve controle (n = 7), en jongvolwassenen: experimenteel (n = 25), passieve controle (n = 25). en actieve controle (n = 12). Bij alle groepen zijn pre- en post-testmetingen uitgevoerd.

Bij de pre- en posttest voerden deelnemers in alle groepen een computergestuurde n-back-taak uit op drie moeilijkheidsgraden (vooraf bepaald in de voorbereidende fase) met gelijktijdige EEG-signaalregistratie. Bovendien werd bij alle groepen een cognitieve beoordeling uitgevoerd, die betrekking heeft op: werkgeheugen en kortetermijngeheugencapaciteit, aandachtsfocus en psychomotorische snelheid, interferentieweerstand en remmingsvermogen. Alleen de n-back-taak zal worden uitgevoerd met EEG-registratie.

De experimentele factor was de interventie waarbij gebruik werd gemaakt van de n-back-training, namelijk oudere en jongere deelnemers die aan de experimentele groepen waren toegewezen, namen deel aan een geautomatiseerde procesgebaseerde werkgeheugentraining met behulp van de n-back-taak. De trainingsinterventie duurde 4 weken en bestond uit 12 trainingen van elk ongeveer 45 minuten. De n-back-taken die voor de trainingsdoeleinden werden gebruikt, waren analoog aan de taken die werden gebruikt bij de metingen vóór en na de test (dezelfde interface, instructies en acties die nodig zijn om de taak te voltooien). Het verschil was de moeilijkheidsgraad, omdat deze in het geval van de training niet gepland was, maar adaptief werd verhoogd, afhankelijk van de huidige voortgang van de specifieke deelnemer. De andere twee groepen (van oude en jonge volwassenen) zullen actieve controlegroepen zijn. In deze groepen werd cognitieve trainingsinterventie met het gebruik van n-back-taak vervangen door niet-adaptieve training op meerdere domeinen. Het trainingsschema in actieve controlegroepen zal hetzelfde zijn als in de experimentele groepen. Er waren ook twee passieve controlegroepen (van oude en jonge volwassenen), die tijdens de trainingsperiode niet door onderzoekers werden gecontacteerd, en er werden geen cognitieve interventies toegepast.